【正文】 雙擊“腳本程序”工具條進入腳本程序編輯環(huán)境，編輯腳本程序。如圖416 所示。 圖 415 循環(huán)策略窗口 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 28 右鍵單擊點擊工具條，選中 “新增策略行”，增加一策略行。運行時，指示燈隨機械手動作變化做相應(yīng)指示?！斑M入” 按鈕是用來進入 MCGS 運行環(huán)境中“機械手監(jiān)控畫面”的，“退出”按鈕則是用來退出運行環(huán)境的?！皩ο笤芾怼比鐖D 413所示。 圖 413 對象元件管理 10) 選中“機械手監(jiān)控畫面”的窗口標(biāo)題，單擊“動畫組態(tài)”，進入動畫組態(tài)窗口，對“機械手監(jiān)控畫面” 進行相同的操作。單擊“保存”， “封面窗口”畫面編輯完畢。 8) 點擊“字符字體”按鈕，設(shè)置文字字體為：行楷；字型為：粗斜體；大小為： 48。 6) 點擊“填充色”按鈕，設(shè)定文字框的背景顏色為：沒 有填充。 4) 在光標(biāo)閃爍位置輸入文字“歡迎進入 MCGS 監(jiān)控系統(tǒng)”，按回車鍵或在窗口的任意位置用鼠標(biāo)點擊一下，文字輸入完畢。 2) 單擊工具條中的“工具箱”按鈕，打開繪圖工具箱。對“機械手監(jiān)控畫面 ”進行同樣的設(shè)置。 窗口位置選中“最大化顯示”，其它不變，單擊“確認(rèn)”。 4) 選中“窗口 1”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”。這時“封面窗口”底色變?yōu)樗{(lán)色。 2) 選中“窗口 0”，單擊“窗口屬性”，進入“用戶窗口屬性設(shè)置”。 圖 410 工作臺窗口 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 25 工程畫面的創(chuàng)建 1) 在“用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，建立“窗口 0”、“窗口 1”。單擊“保存”按鈕。依次進入通道連接，直至通道全部連接完成。 圖 48 設(shè)備組態(tài)窗口 圖 49 設(shè)備屬性設(shè)置窗口 12) 單擊“確認(rèn)”，完成“內(nèi)部屬性”設(shè)置。 11) 單擊基本屬性頁中的“內(nèi)部屬性”選項，該項右側(cè)會出現(xiàn) 圖標(biāo)，單擊此按鈕進青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 24 入“內(nèi)部屬性”設(shè)置。設(shè)備被添加到設(shè)備組態(tài)窗口中，如圖 48 所示。 8) 單擊“確認(rèn)”，并保存。 6) 雙擊串口通訊父設(shè)備圖標(biāo)，將“串口通訊父設(shè)備”添加到 右側(cè) 選定設(shè)備列表中。 4) 在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用設(shè)備”。 2) 點擊工具條中的“工具箱” 圖標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”。 7) 單擊“保存”按鈕。 如圖 46 所示。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 22 圖 44 實時數(shù)據(jù)庫窗口 圖 45 實時數(shù)據(jù)庫窗口 圖 46 數(shù)據(jù)對象屬性設(shè)置窗口 4) 將“對象名稱”改為：啟動按鈕；“對象初值”改為： 0；“對象類型”選擇：開關(guān)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 23 型；在“對象內(nèi)容注釋輸入框”內(nèi)輸入：機械手啟動信號， X11 輸入， 1 有效。 2) 單擊工作臺右側(cè)“新增對象” 按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，增加了一個新的數(shù)據(jù)對象，如圖 45 所示。其中一部分 為系統(tǒng)內(nèi)部建立的數(shù)據(jù)對象。 變量定義的步驟 1) 單擊工作臺中的“實時數(shù)據(jù)庫”選項卡，進入“實時數(shù)據(jù)庫”窗口頁，如圖 44所示。本系統(tǒng)至少需要 16 個變量，見表 41。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。實時數(shù)據(jù)庫是 MCGS 工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。如圖43 所示。 3) 選擇文件菜單中的“工程另存為”菜單項，彈出文件保存窗口。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 20 工程的建立與 變量的定義 工程的建立 1) 首先雙擊桌面 MCGS 組態(tài)環(huán)境圖標(biāo)，進入組態(tài)環(huán)境，屏幕中間窗口為工作臺。它還具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持 TCP/IP、 MODEM、 485/422/232 等多種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方案，提供 4 級安全保密機制。使用 ActiveDLL 把設(shè)備驅(qū)動掛接在系統(tǒng)之中，支持?jǐn)?shù)據(jù)采集板、智能模塊、智能儀表、 PLC、變頻器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它支持 ActiveX 控件，包括溫控曲線、實時曲線、計劃曲線、歷史曲線、 XY 曲線、實時報表、歷史報表、單行報表、配方管理、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫瀏覽統(tǒng)計、多媒體輸出等眾 多構(gòu)件。 數(shù)據(jù)瀏覽構(gòu)件可同時以表格和曲線的形式顯示存盤數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，實時 曲線可以動態(tài)顯示當(dāng)前的數(shù)據(jù)，并可以設(shè)定上下限值和時間的長短，以便于用戶查詢，同時提供 EXCEL報表和 MCGS 自由報表。 MCGS 全中文組態(tài)軟件能支持目前市場上絕大部分硬件，其網(wǎng)絡(luò)版更使“決勝千里之外”成為可能。它是基于 WIN95/98/NT 視窗結(jié)構(gòu)，能夠快速構(gòu)造和生成數(shù)據(jù)管理、報警處理、流程控制、動畫顯示、報表輸出等界面，輕松實現(xiàn)各種工程曲線、報表、數(shù)據(jù)瀏覽、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程診斷等功能的先進軟件。 MCGS 的編程語言 MCGS 全中文組態(tài)軟件，采用 C++語言編制，核心為組 態(tài)結(jié)構(gòu)。 MCGS 用數(shù)據(jù)庫來管理數(shù)據(jù)存儲，系統(tǒng)可靠性高。三種基本類型的構(gòu)件（設(shè)備構(gòu)件、動畫構(gòu)件、策略構(gòu)件）完成了 MCGS 系統(tǒng)三大部分（設(shè)備驅(qū)動、動畫顯示和流程控制）的所有工作。 （ 4）開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強大的數(shù)據(jù)處理功能。 （ 2）實時性強、良好的并行處理性能。 圖 41 組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境關(guān)系圖 由 MCGS 生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)由主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)組態(tài)環(huán)境： 組態(tài)生成 應(yīng)用系統(tǒng) 運行環(huán)境： 解釋執(zhí)行 組態(tài)結(jié)果 組態(tài)結(jié)果 數(shù)據(jù)庫 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 18 庫和運行策略五個部分組成，如圖 42 所示。運行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與數(shù)據(jù)庫一起作為一個整體，才能構(gòu)成用戶引用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。 MCGS 的構(gòu)成 MCGS 系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。它能夠在基于 Microsoft 的各種 32 位 Windows 平臺上運行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報警處理、流程控制和報表輸出等多種方式向用戶提供解決實際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。機械手運行良好，動作正確、符合控制要求。在使用 STL 指令編程時，剛開始由于對 STL 指令 掌握的不是很好，所以犯了 不少錯誤，加上機械手模型裝置本身存在的一些問題 ， 所以在調(diào)試程序時，機械手動作不符合控制要求。 機械手控制系統(tǒng)的外部接線圖 PLC 外部電氣接線圖見附錄 5。良好的接地是保證 PLC 可靠工作的重要條件，可以避免偶然發(fā)生的電壓沖擊危害。系統(tǒng)接地方式有：浮地方式、直接接地方式和電容接地三種方式。 接地 正確選擇接地點，完善接地系統(tǒng)接地的目的通常有兩個，其一為了安全，其二是 為了抑制干擾。由于本設(shè)計使用的是 FX1N 系列可編程控制器，所以有直流 24V 輸出接線端。這樣可以保證穩(wěn)壓特性又有助于穩(wěn)壓器工作可靠 [16]。初級與次級之間的靜電屏蔽要聯(lián)結(jié)到零點位，接地抽頭配電容耦合最后引出到接地點。我們正是用了隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器來抗干擾。 PLC 的供電線路應(yīng)與其他大功率用電設(shè)備或強干擾設(shè)備（如高頻爐、弧焊機等）分開。 （ 3）利用普通 二極管恰當(dāng)?shù)拇釉?PLC 輸入回路中，防止信號干擾，使 PLC 輸入信號大大增強。但如果環(huán)境干擾較小，電壓降不大時，輸入接線可適當(dāng)長些。因此，討論 PLC 設(shè)計調(diào)試就具有十分重要的意義。 PLC 程序的調(diào)試 由于 PLC 是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境設(shè)計的控制裝置，因此一般不需要采取什么特殊措施，就可以直接在工業(yè)環(huán)境中使用。 經(jīng)論證本次設(shè)計采用的編程方式選用方案三。 方案三：采用 STL 指令的編程方式。 方案二：采用以轉(zhuǎn)換為中心的編程方式。用輔助繼電器代表步，僅僅使用與觸電和線圈有關(guān)的指令。 PLC 的 I/O 分配 根據(jù)機械手動作的要求及機械手實物教學(xué)實驗裝置說明指導(dǎo)，輸入、輸出點分配如表35 所示。 由于機械手系統(tǒng)的輸入 /輸出點少，要求電氣控制部分體積小，成本低，并能夠用計算機 對 PLC 進行監(jiān)控和管理 ，該機械手的控制為純開關(guān)量控制，且 I/O 點數(shù)不多，僅需 11 個輸入點和 9個輸出點，考慮留有一定的裕量。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 14 PLC 程序設(shè)計 I/O 點數(shù)的確定及 PLC 類型的選擇 本次設(shè)計使用的是 THWJX1 型機械手實物教學(xué)實驗裝置。下降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，回到原點。 PLC 向驅(qū)動器一同時輸入脈沖信號和電平信號，步進電機一反轉(zhuǎn)，橫軸 后縮。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升停止。降到底時碰到下限位開關(guān)，下降停止，同時夾緊電磁閥斷電，機械手放松。 PLC 向驅(qū)動器一只輸入 圖 35 機械手結(jié)構(gòu)示意圖 圖 36 機械手的動作示意圖 脈沖信號，步進電機一正轉(zhuǎn)，機械手前伸，前伸到位時，碰到前限位開關(guān)，前伸停止。夾緊后，主機向驅(qū)動器二只輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。主機向驅(qū)動器二同時輸入青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 13 脈沖信號和電平信號，步進電機二反轉(zhuǎn)，機械手下降。當(dāng)后縮到位時碰到后限位開關(guān)，然后主機向驅(qū)動器二輸入脈沖信號，步進電機二正轉(zhuǎn)，機械手上升。 打開電源，按下起動按鈕時，開機復(fù)位。機械手的放松 /夾緊由一個單線圈兩位置電磁閥控制。機械手的上升 /下降、前伸 /后縮動作就是通過控制這兩個步進電機的正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的。機械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖 35所示。電平轉(zhuǎn)換板原理圖如圖 34 所示。其中 IN 端接 PLC的輸出端口， OUT 端接模型的信號輸入端。 直流電機驅(qū)動單元 本裝置中直 流電機驅(qū)動模塊是由兩個繼電器的吸合與斷開來控制電機的轉(zhuǎn)動方向的，從而實現(xiàn)基座和氣夾的正反轉(zhuǎn)。 PLC 內(nèi)部光耦與傳感器電源構(gòu)成回路， PLC 信號輸入有效，工作原理如圖 33 所示。 接近開關(guān)：接近開關(guān)有三根連接線（棕、蘭、黑）棕色接電源的正極、藍(lán)色接電青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 12 源的負(fù)極、黑色為輸出信號，當(dāng)與檔塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平?；蜌鈯A的正反轉(zhuǎn)限位采用接近開關(guān)（ 金屬傳感器），通過調(diào)整基座和氣夾上的金屬塊的位置，可以在一定范圍內(nèi)改變 基座 圖 33 傳感器工作原理圖 和氣 夾的旋轉(zhuǎn)角度。另外若不采用驅(qū)動器，而采用 PLC 輸出觸點直接驅(qū)動步進電機，會占用很多的輸出觸點，同時給編程帶來不便。驅(qū)動器輸入端為低電平有效。步進 電機驅(qū)動器有電源輸入部分、信號輸入部分、信號輸出部分等，利用驅(qū)動器可以很方便的對步進電機的轉(zhuǎn)速、方向進行控制。驅(qū)動器參數(shù)如下表 3表 3表 3表 34 所示。主要特點：體積小，具有較高的起動和運行頻率，有定位轉(zhuǎn)矩等優(yōu)點。該模型是 PLC 技術(shù)、位置控制技術(shù)、氣動技術(shù)有機結(jié)合成一體的教學(xué)儀器。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 9 第三章 機械手模型控制系統(tǒng)的設(shè)計 機械手控制系統(tǒng)構(gòu)件概述 本課題設(shè)計使用的是 THWJX1 型機械手實物教學(xué)實驗裝置。網(wǎng)絡(luò)化和通信能力強是 PLC發(fā)展的一個重要方面，向下可將多個 PLC、 I/O 框架相連，向上與工業(yè)計算機、以太網(wǎng)、MAP 網(wǎng)等 相連構(gòu)成整個工廠的自動化控制系統(tǒng)。 PLC 發(fā)展?fàn)顩r及趨勢 現(xiàn)代 PLC 的發(fā)展主要有兩個趨勢：一是向體積更小、速度更快、功能更強和價格更低的微小型方面發(fā)展；二是向大型網(wǎng)絡(luò)化、高可靠性、好的兼容性和多功能方面發(fā)展 [12]。設(shè)計人員完全可以利用編程器上屏幕顯示來輸入，或修改程序使得梯形圖能準(zhǔn)確無誤地反映生產(chǎn)要求。從方案的確立到技術(shù)條件的設(shè)計以及施工的設(shè)計，圖面的工作量很大，這勢必造成設(shè)計周期長。這既經(jīng)濟又簡捷，可以達到事半功倍的效果。這是因為使用 PLC不必改動外部設(shè)備接線，只要對 軟件進行一些改變就可以了。這無疑給企業(yè)增加了活力，提高了經(jīng)濟效益。 從設(shè)計、生產(chǎn)周期長短考慮 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 8 不論是對舊設(shè)備進行改造，還是設(shè)計新的生產(chǎn)機械設(shè)備。 對 PLC 的經(jīng)濟分析，應(yīng)從以下幾方面考慮： 從影響成本的各個因素綜合考慮 對目前生產(chǎn)設(shè)備控制裝置來說，有三種類型：① 繼電器控制；② 半導(dǎo)體器件控制；③ PLC 控制。 PLC 產(chǎn)品面臨現(xiàn)場總線的發(fā)展，將再次革新，滿足工業(yè)與民用控制的更高需求 [11]。 PLC 的重量、體積、功耗和硬件價格一直在降低，雖然軟件價格占的比重有所 增加，但是各廠商為了競爭也相應(yīng)地降低了價格。 PLC 的主要功能 PLC 是一種應(yīng)用面很廣、發(fā)展非常迅速的工業(yè)自動化裝置， 在工廠自動化 (FA)和計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)內(nèi)占重要地位。且 PLC青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè) 設(shè)計 7 是 為工業(yè)控制 設(shè)計的專用計算機，其結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用、體積小巧，并由于具備很強的可靠性和抗干擾能力，使之易于裝入機械設(shè)備內(nèi)部，